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电动车电池是关键日韩中技术暂时领先

更新时间: 1970-01-01  编辑: 统力电源
     电动车的热潮方兴未艾,而且看来一点都没有因为底特律车展的结束而有所冷却!其中电动车上所用的充电电池又是电动车发展的技术关键。为此,日本一些汽车商纷纷与传统的电池技术强势厂商或合作或参股,例如丰田与老搭档松下,日产与NEC等进行战略合作开发车用充电电池或称二次电池。那么,在世界各大汽车厂商都把发展电动车作为公司未来发展战略的当前,全球车用电池技术的格局又是如何呢?它将怎样影响到全球汽车产业未来的版图变迁?其中我们最为关心的比亚迪铁电池技术又处于一个怎样的位置呢?让我们一起看看资深电动汽车产业分析师HUNTET HSU的精到深入的分析和介绍。

  电子化乃汽车潮流 电动车前景广阔

  美国通用集团在2008年藉百年厂庆的时刻,正式推出量产版本的雪佛兰Volt以开启全新的电动车纪元。随着消费者的环保意识日益加深,同属通用集团旗下的德国品牌欧宝也宣布在2009年日内瓦车展上,推出名为“Ampera”的全新电动车款。采用五门四座设定的Ampera,事实上与雪佛兰Volt有相当的相似程度:除了狭长后掠的头灯线条雷同外,Ampera采用了窄幅的水箱护罩,同时头灯下缘也加入类似同厂Flextreme概念车的进气栅设计,呈现动感前卫的设计风格。动力方面,Ampera搭载通用集团的Voltec动力系统,车主可藉由230V交流电源进行充电,在锂电池模组满电的情况下,Ampera可提供60公里的续航距离;而欲驾驶更远的路途,Ampera所搭载的小型内燃机引擎,也能持续产生电力,以提供更长途的续航能力。

  身为资本市场上最早一批关注电动汽车产业的研究人员之一,我已利用上次的机会对电动车的技术瓶颈做了初步的剖析。这次我将介绍电动车的关键核心零组件:车用充电(二次)电池!由于车用电子应用的高速发展,汽车已不再是传统机械制品,而是集所有智慧型现代科技于一身,融合光电、半导体、电子、通信等技术的整合式平台。2004年每辆新车在电子产品的支出为1518美元,更有人预估随着机电整合技术的不断进步,电子产品的成本未来有望达到车辆成本的40%。

  由于车用电子应用的高速发展,汽车已不再是传统机械制品,而是集所有智慧型现代科技于一身,融合光电、半导体、电子、通信等技术的整合式平台

  对应车辆高度电子化的趋势,汽车产业推动42V 或42V/14V 电力系统的力度也逐渐加快。汽车电子系统对电力的需求从现在到2030 年将保持每年5~8%的速度增长,在过渡阶段42V/14V 电力系统有望成为新世代车辆电力系统标准。目前国外高级轿车电子产品需要的线束超过2000条、各种控制器件的连接点超过4000 个、线束总长度超过4000 米、重量大于40 公斤。未来改用42V电力系统之后,现有主流导线截面积由0.5~1.5mm降低为0.35mm。提高车内电压所带来的好处表现在:(1)相同功率下,导线流过的电流要小,降低每欧姆导线的损耗,油耗可因此降低10~20%;(2)导线节省出来的空间可以添加新的电子系统功能;(3)采用铝线代替铜线,尺寸得以更加缩小;(4)符合混合动力车辆发展的需要。随着车辆进入42V电力系统时代,对电能储存媒介/电池的需求也将进一步提升。

  电动车技术谁主沉浮 日韩中暂时领跑世界

  2006年全球电池市场(未含低阶锌锰干电池)为540亿美元,未来4年将以每年6.9%的复合成长率稳定增加。电池的使用范围已由过去的手电筒、收音机、汽车和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途,可说是人类社会必不可少的电能来源。车用电池的需求占电池市场总需求的三分之一以上(34.2%,如图一所示),年成长幅度更将由目前的2.1%(2007年)上升至9.2%(2010年)。被视为混合动力车辆关键零组件的次世代锂离子电池(成长81%)及超级电容(成长120%)有望在未来5年实现高速成长。

  自从1800年Alessandro Volta发明世界上第一个电池,1859年Gaston Plante 发明可充电的铅酸电池后,工程师就没有停止过寻找更好储能方式的努力。化学电池依据电池可充电与否的特性,又分为“一次电池”与“二次电池”两大类。一次电池包括市面上常见的碱性电池、水银电池,以及锰干电池、氧化银电池、锂电池与空气电池等,二次电池则为目前可携式电子产品的应用大宗,包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池与锂离子电池、锂高分子电池及超级电容等。1990年锂离子电池问世、并于1991年完成商用化,采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质聚合物的锂离子电池则于1995年推出并于1999年商用化。不过锂离子电池的封装始终存有安全性顾虑。

  被视为混合动力车辆关键零组件的次世代锂离子电池(成长81%)及超级电容(成长120%)有望在未来5年实现高速成长

  要探讨车用电池未来趋势,可从两方向出发:拥有充电与放电功能的二次电池与提供动力的电化学电池,前者过去的主流为铅酸电池,但由于混合动力车型对二次电池的性能要求大幅提高。Ni-MH(镍氢电池)由于较优秀的性价比与安全性(相对于锂离子电池)而且具有能量密度高、功率密度高、可快速充放电、回圈寿命长以及无记忆效应、无污染、可免维护、使用完全等特点,被称为“绿色电池”。Ni-MH电池的能量密度是镍镉电池的1.5~2倍,充放电时无记忆效应、低温特性好、综合性能优于镍镉电池,又无镍镉电池的废电池处理问题。目前市面上多数混合动力车型皆选择镍氢电池作为储存回收能量的媒介。未来倘若锂电池成本及安全性能符合车用要求,逐渐取代镍氢电池的趋势几可确定。

  许多行业内人士迫不及待希望能够拆解BYD F3DM进行研究

  目前全球锂离子/锂高分子电池市场的厂商主要集中在亚洲地区,日、韩、中国大陆与中国台湾地区厂商分食市场大饼,其中掌握技术优势的日本厂商占据80-90%的市场份额,霸主地位屹立不摇。日本厂商发展锂离子/锂高分子的历史最悠久、技术与品质的稳定性在业界均处于领先地位,技术复制自日本的韩国厂商则因为背后有三星、LG等大厂支持,亦有不错的成绩。锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成,因正、负极及电解质材料不同而冠以不同名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂(LiCoO2),另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池,这两种都已在手持式电子产品中相当普及。

  截至目前为止,铁锂电池仍未能大规模商用化

  锂离子电池正极材料的价格与原料金属的价格行情一致,其中以钴(Co)最为稀缺,镍(Ni)、锰(Mn)较为便宜,但其价格也大幅制约电动车降低成本以达到普及化的可能性。目前最被看好的则是以磷酸铁锂(LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池,原因在于铁砂的价格大大低于其他稀有金属。磷酸铁锂电池寿命是普通锂电池的4-5倍,还有高于锂电池8-10倍的高放电功率(可瞬间产生大电流),加上同样能量密度下的整体重量较锂电池减少30-50%等特性,让它被视为最合适需要大扭力的电动车辆所使用的二次电池技术。据传这也是世界股神沃伦·巴菲特(Warren Buffett)看上比亚迪车厂并入股的重要原因,不过关于比亚迪技术团队所拥有的“铁电池”技术内容,目前仍在产业界及投资圈内引起巨大的争议,其谜底恐怕要等到F3DM正式量产面向消费者时才能略知一二,日后我也会将这背后错综复杂的专利纠纷专门撰文说明。

  铁锂电池背后有着背后错综复杂的专利纠纷

  难道除了锂离子电池,就没有其他电池技术能够满足电动车市场的需求?这个问题的答案也是否定的,包括本田车厂倾注大量研发资源的燃料电池领域,以及宝马车厂曾试验过的“超级电容”技术都是可行方案,后者更与FIA 正在F1赛道内大力推动的动能回收系统(Kinetic Energy Recovery Systems,简称KERS)息息相关。

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